热气腾腾的水世界

北辰

搜寻太阳系外的宜居行星，给人类找一个合适的第二家园，是当代天文学家热衷的课题。到2014年2月为止，天文学家已经确定了1700余颗系外行星。但在这些行星中，绝大多数是气体行星，也就是像木星那样的虚胖子，它们绝不是我们要找的目标。

寻找水世界

如今，天文学家比较关注的是一些个头较小的、有岩石表面（意味着有大陆）的行星。在天文学领域，这些与地球板块构造相类似的行星就被称为超级地球。虽然超级地球的数量不少，但人们显然还对它们有更高的要求——水！任何一颗含水超级地球的出现，都会让天文学家精神一振。毕竟，水才是地球生命最需要的一种物质，而地球本身就是一颗“大水球”。

几经寻找，天文学家终于将目光锁定在了GJ1214b身上。它的一切条件都符合要求，而且距离地球仅有40光年，与那些动辄距离几百光年的行星相比，对我们更有诱惑力。更重要的是，它似乎还是一颗含水行星。不过可惜的是，这其实是一个美丽的误会，GJ1214b的真面目是一个热气腾腾的水世界。

GJ1214b的两副面孔

2009年，美国哈佛-史密森天体物理中心（Harvard Smithsonian Center）的科研人员发现了GJ1214b行星，它环绕着一颗红矮星运行。

在围绕红矮星运行的同时，GJ1214b也会对它产生引力，让它像跳摇摆舞那般左右晃动。如果行星与恒星的质量相差不大，那么它们之间的摇摆舞就会跳得非常明显。事实上，正是因为这种摇摆，才让天文学家观测到了这个独特的天体系统。

由于两者间的摇摆运动完全是由自身引力造成的，因此摇摆的幅度也能体现出恒星与行星的质量对比，从而轻松地确定行星质量。GJ1214b这颗行星的质量是地球的5.6倍，这比那些庞大的气体行星（比如木星、土星等）小多了。在宇宙空间中，这样的质量差距几乎可以忽略不计。

在它俩跳摇摆舞的某一时刻，行星会从恒星的面前掠过。此时，它就会遮住恒星的光芒，这种现象就叫凌星。因此，科学家在这个特殊时刻，根据那颗红矮星亮度的变暗程度，测算出了GJ1214b的个头大小——地球的2.7倍。

既然知道了质量和体积，我们就可以很容易地计算出GJ1214b的密度。它的密度约为1.9g/cm3，仅比水重一点（水的密度约为1.0g/cm3）。如果我们能把这颗星球放到水中，那么它会非常缓慢地沉入水底。当然，这样的密度远比不上地球的平均密度（5.5g/cm3），地球上不仅有水、陆地，还有各种金属矿物。那么，密度如此之小的一颗行星究竟是由什么物质组成的呢？

为此，天文学家绞尽脑汁，终于意识到只有两种可能：第一，它有极小的岩石核心，外围却有一个非常大的氢气层，简单来说就是一大团氢气包裹着一些石头；第二，它有一个较大的岩石核心，核心外围是深深的海洋，海洋之外就是大气层。只不过，这个大气层是水汽和氢气并存的大气层，而且水汽占多数。

当然，这两种可能只是根据它的密度得出的结论，那么，GJ1214b究竟是什么样子的呢？

难以接受的事实

从GJ1214b行星进入天文学家视野的那一天起，它就成了观测重点，人们都想揭开它的神秘面纱，了解它的物质组成结构。于是，各国天文学家展开了一次“竞赛”——研究它的大气层结构。众所周知，氢气是世界上已知的密度最小的气体，如果能够排除含氢气较多的这种可能，那么我们就几乎可以肯定，它的大气层主要成分是水！

正是基于这种希望，很多研究系外行星的科学家以及大型望远镜都投入到了这场“竞赛”中。2012年，当GJ1214b与其恒星发生凌星时，来自美国的哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope）观测了它，但却毫无收获。2013年，当凌星现象再次出现的时候，日本科学家使用斯巴鲁望远镜（Subaru Telescope）研究了这颗行星。他们发现，在这颗行星的浓密大气中有水蒸气，而且水还是大气层的主要成分。这个结果说明，GJ1214b并不是一颗大氢气球，恰恰相反，它有较大的岩石核心，整个星球由约75%的水和25%的岩石构成，由此比例可以得知，它基本上就是一颗大水球，其结构跟地球相差无几。

但非常可惜的是，GJ1214b并不是一个宜居行星。之前我们提到，GJ1214b的恒星是一颗红矮星，虽然这颗红矮星的温度并不高，但由于两者之间的距离过近，仅为209万千米（约为日地距离的1%，GJ1214b围绕红矮星运行一周只需要38小时），来自恒星的温度使得GJ1214b异常灼热。难以想象的高温让行星的海水沸腾，沸腾的水会蒸发到空气中形成浓厚的蒸汽，而且蒸汽温度高达230℃。开个玩笑，即使是洗桑拿浴也不需要这么高的温度，如果用来蒸馒头恐怕还比较合适。

不过，这个热气腾腾的水世界并没有让大家望而却步。GJ1214b的发现者大卫·沙博诺（David Sabono）认为：GJ1214b上酷热的水蒸气也许并不适合地球形态的生命存在，但我们极有可能发现其他形态的生命。当然，GJ1214b的意义不仅于此，它将成为第一个为人所确知大气信息的类地行星。